Горные выработки

5.6. Горные выработки Не в поиске геолог изнывает Завьюченный тяжелым рюкзаком - Листает книгу вышка буровая Внимательно грохочущим станком В. Верхотурова

5.6.1. Общее представление о горных выработках

Горные выработки – искусственные пустоты в земной коре, создаваемые для достижения полезного ископаемого и его добычи. Есть выработки с выходом на поверхность и без выхода на поверхность. В том, или ином объеме горные выработки применяются и при поисковых и при разведочных и при эксплуатационных работах.

Расчистки, копуши, закопушки – небольшие горные выработки, глубиной до 30-50 см, предназначенные для вскрытия коренных пород (рис. 5.26).

Рис. 5.26. Расчистка (http://www. /photo/54133806)

Канава – горная выработка глубиной до 3 метров, шириной – 1 м, и длиной иногда в несколько километров, предназначенная для вскрытия контактов и пересечения рудных тел (рис. 5.27).

Рис. 5.27. Канава

Шурф – горная выработка, предназначенная для вскрытия коренных пород вертикальная (реже наклонная), глубиной до 25 м, проведённая с поверхности земли для поиска и разведки полезных ископаемых, а также для инженерно-геологических и гидрогеологических исследований. Разведочные шурфы служат для изучения условий залегания и литологического сложения пород под основанием запроектированного сооружения, степени их сохранности и устойчивости, для отбора проб. Неглубокие шурфы круглого сечения называются дудками.

Рис. 5.28. Шурф

Шахта - производственный объект, осуществляющий добычу полезного ископаемого с помощью системы подземных горных выработок. До середины 20 века под термином "Шахта" понималась вертикальная или наклонная горная выработка, пройденная с поверхности Земли по полезным ископаемым для разведки или вскрытия месторождений. Глубины угольных шахт уходят к отметкам 1,3-1,5 км, рудных — до 4 км. Шахты – грандиозные подземные сооружения. На рис. 5.29. Приведена фотография участка шахты, в которой добывают гипс (Новомосковское месторождение). Объем горных выработок сопоставим с объемом Московского метро (общая длина 500 км).

Рис. 5.29. В шахте Новомосковского гипсового месторождения.

Обычно шахты применяются для разработки твердых полезных ископаемых, однако в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции существует Ярегское месторождение, которое залегает сравнительно неглубоко и содержит весьма вязкую, но очень ценную для химической промышленности нефть. В нефтеносном пласте пробита горная выработка из которой пробурены многочисленные горизонтальные и наклонные скважины, из которых нефть капает в канаву, выбитую в дне горной выработки и собирается в специальном резервуаре (рис. 5.30).

Рис. 5.30. В шахте Ярегского нефтяного месторождения

Карьер  - совокупность горных выработок, образованных при добыче полезного ископаемого открытым способом. Угольный карьер называется угольным разрезом.(рис. 5.31). Глубина – 400 м, проектная глубина – 600 м. Маленькие точки на дне карьера – огромные карьерные самосвалы.

Рис.5.31. Карьер кимберлитовой трубки «Удачная», Якутия

- Штольня (от нем. Stollen — столб) — горизонтальная или наклонная горная выработка, протяженностью до нескольких километров, и обычно предназначенная для добычи полезных ископаемых или обслуживания горных работ. Является основной вскрывающей выработкой при разработке месторождений в районах с гористым рельефом (рис. 5.32).

Рис. 5.32. Штольня

Штрек (от нем. Strecke - маршрут) — горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, лежащая в горизонтальной плоскости и проходящая по простиранию рудного тела (рис.5.33).

Рис. 5.33. Штрек

Квершлаг (нем. Querschlag) — капитальная горизонтальная, реже наклонная, подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность и пройденная по вмещающей породе под углом (чаще всего в крест простирания, т. е. перпендикулярно) к рудному телу. Квершлаг предназначается для вскрытия полезного ископаемого, транспортирования грузов (для чего укладываются рельсовые пути, монтируются конвейеры), а также для передвижения людей, вентиляции, стока воды и т. д. - квершлаг (горизонтальная горная выработка для поиска слепых рудных тел и приближения к известным);

Орт – (нем. Ort, буквально — место) - горизонтальная подземная горная выработка не имеющая непосредственного выхода на поверхность и проведенная вкрест простирания рудного тела по руде. ведется для определения толщины

- вертикальные:

       - гезенк (сверху вниз);

       - восстающий (снизу вверх).

Скважины наземные и подземные – горные выработки цилиндрического сечения с длиной намного превышающей диаметр. Существуют многочисленные разновидности скважин, отличающиеся по решаемым задачам, глубинам, направлениям, разрушающему инструменту и многим другим характеристикам. На рис. 5.34 показаны буровые установки, предназначенные для бурения подземных скважин.

Рис. 5.34. Буровые установки, для бурения подземных скважин

Сравнительная характеристика горных выработок и скважин

Буровые скважины проходятся в 2-3 раза быстрее других горных выработок и более чем в 3-4 раза дешевле их, хотя общее сокращение времени и расходов на разведку бурением по сравнению с разведкой горными выработками не столько велико, т. к. объем буровых работ для разведки любого объекта, как правило, должен быть намного выше объема горных работ. Разведка бурением требует меньшей рабочей силы, энергии и оборудования. Однако по геологическим результатам, по степени информативности бурение уступает горным выработкам.

5.6.2. Скважины в нефтегазовом деле

Разнообразные буровые работы – самые дорогостоящие и времяемкие в комплексе нефтегазогеологических исследований. Вопросам строительства скважин, скважинном оборудовании и других вопросах, связанных бурением и эксплуатацией скважин будет рассказано в специальном курсе. Здесь же Вам необходимо познакомиться с назначением различных видов скважин (табл. 5.7).

Таблица 5.7

Классификация скважин и их характеристика

Вид скважин	Назначение	Краткая характеристика
Опорные	Изучение литолого-стратиграфических характеристик разреза и перспектив нефтегазоносности до фундамента, или на максимально возможную глубину	Закладывается на участках максимально полного разреза. Работы ведутся с максимально возможным отбором керна и шлама и полным комплексом ГИС и опробованием перспективных на нефть и газ горизонтов. Самый дорогой вид скважин, бурятся очень редко не более, чем 1 на тыс. кв. км
Параметрические	Изучение литолого-стратиграфических характеристик разреза нефтегазоперспективных зон или ранее не вскрытых частей разреза, взаимоотношений стратиграфических комплексов, изучение геофизических параметров разреза, его гидрогеологических, термобарических характеристик, оценка перспектив нефтегазносности	Закладываются в точках предположительно максимально информативных для выявления локальных структур, или профилями. Данные увязываются с региональными геофизическими работами. Бурятся с максимально возможным отбором керна и шлама в перспективных частях разреза, полным комплексом геофизических исследований. Бурятся до фундамента, или на технически доступную часть разреза (реально - потенциально нефтегазоносную часть разреза)
Структурные	Построение структурной карты. Выявление и детализация строения перспективных объектов, прослеживание тектонических нарушений и т. д.	Закладываются по сетке на перспективных структурах. Неглубокие и многочисленные скважины, бурятся до определенного маркирующего горизонта, дают косвенные данные о структуре. Отбор керна и шлама только по достижении проектного горизонта. Вытесняются сейсмическими работами
Поисковые (впоследствии могут использоваться как разведочные)	Выявление новых промышленных месторождений, залежей в обособленных блоках и частях разреза	Закладываются в точке с максимальной вероятностью обнаружения залежи. Проводится поинтервальный отбор керна по части разреза, не изученному бурением и сплошной отбор в предполагаемых продуктивных интервалах. Проводится полный комплекс промыслово-геологических исследований, отбор шлама, опробование пластоиспытателем в процессе бурения
Разведочные (впоследствии могут использоваться как эксплуатационные)	Оценка запасов по промышленным категориям и сбор данных для составления проекта разработки	Бурятся на площадях с установленной нефтегазоносностью, в точках, предположительно максимально информативных для характеристики залежи. Отбор керна в интервалах залегания продуктивных горизонтов, промыслово-геофизические исследования, опробование в процессе бурения пластоиспытателями и испытание продуктивных горизонтов после окончания бурения, пробная эксплуатация
Эксплуатационные	Опытно-промышленная эксплуатация разведываемых залежей, доразведка разрабатываемых объектов, скважины предназначенные для обеспечения оптимальных режимов эксплуатации и контроля за разработкой	Бурятся для разработки месторождения, иногда используются уже существующие разведочные скважины
Специальные	Обеспечение процесса разработки и ее контроля	Нагнетательные, наблюдательные и т. д. По возможности для специальных целей используются уже пробуренные скважины
Технические	Обеспечение жизнедеятельности месторождения	Скважины, поставляющие воду, служащие для захоронения отходов и т. д.

Из назначения скважины вытекает тот типовой набор геолого-геофизических исследований, который в ней проводится, и в большой степени влияет на ее стоимость. Скважина – сложное инженерное сооружение, её бурение требует специальных знаний. Задача геолога – определить цель и объект бурения скважины, выбрать буровую площадку, определить глубину бурения и предполагаемый разрез, который может быть встречен в процессе бурения скважины, и связанные с ним возможные осложнения и неприятности, которые могут встретиться в процессе бурения. Геолог должен указать интервалы отбора – керна, интервалы опробования. Следует помнить, что отбор керна тормозит, усложняет, и удорожает процесс бурения.

Заложение скважины очень ответственная задача. Например, одна из глубочайших нефтяных скважин "Берта-Роджерс" №1 (в Оклахоме) была пробурена в 1974 г.; её глубина составляет 9538 м. Скважина оказалась сухой [Норманн, 2004].

Подробнее про номенклатуру скважин в нефтегазовом деле можно прочитать в приложении 4.

Контрольные вопросы

Что такое горная выработка? Что такое и для чего применяются расчистки и закопушки? Что такое и для чего применяются канавы? Что такое и для чего применяются шурфы? Что такое и для чего применяются шахты? Что такое карьер? Что такое и для чего применяются штольни? Что такое и для чего применяются штреки? Что такое скважина? Чем характеризуются и для чего применяются опорные скважины? Чем характеризуются и для чего применяются параметрические скважины? Чем характеризуются и для чего применяются структурные скважины? Чем характеризуются и для чего применяются поисковые скважины? Чем характеризуются и для чего применяются разведочные скважины? Чем характеризуются и для чего применяются эксплуатационные скважины?